热力学第一定律建立了热量、功和内能相互转化的关系。自然界发生的一切过程都必须遵守热力学第一定律。但是满足热力学第一定律的过程不一定都是可以进行的。热力学第二定律主要讨论热力学过程进行的方向和限度。 
一、可逆过程和不可逆过程 
为了描述过程的方向性，引入可逆过程与不可逆过程。 
1．可逆过程和不可逆过程 
定义：系统由某一个状态到达另一状态，如果能循着相反的方向进行回到初始状态，且回到初始状态后系统和外界完全没有任何变化，此过程称为可逆过程；反之，如果用任何复杂的方法都不能使系统和外界完全复原，则称为不可逆过程。 
2．可逆过程的条件 
1）过程要无限缓慢地进行，系统在状态变化过程中，总是处于一系列平衡状态或无限接近于平衡状态； 
2）没有摩擦力、粘滞力或其它耗散力做功。 
在热现象中，这只有在准静态和无摩擦的条件下才能实现。所以无摩擦准静态过程是可逆过程。 
3．说明： 
1）可逆过程是理想化的，是实际过程的近似； 
可逆过程是一种理想的极限，只能接近，绝不能真正达到。因为，实际过程都是以有限的速度进行，且在过程进行中包含摩擦、粘滞、电阻等耗散因素，必然是不可逆的。 
2）一切与热现象有关的实际的宏观过程都是不可逆的。 
不可逆过程不是不能逆向进行，而是说，当过程逆向进行后，会给外界留下其他影响或变化。

二、热力学第二定律 

1．热力学第二定律的两种表述 
1）热力学第二定律的开尔文说法： 
不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只从单一热源吸取热量，使之完全变为有用的功，而不使外界发生任何变化。 
说明： 
（1）单一热源：温度恒定的热源。 
（2）热、功转换的过程是不可逆的。功能全部转变为热，而热量不可能全部转变为功。 
（3）热机的效率不可能达到100%。 
（4）不使外界发生任何变化。如，理想气体等温膨胀。但在这一过程除了气体从单一热源吸热完全变为功外，还引起了其它变化，即过程结束时，气体的体积增大了 
（5）第二类永动机是不可能造成的。第二类永动机：历史上曾经有人企图制造这样一种循环工作的热机，它只从单一热源吸收热量，并将热量全部用来做功而不放出热量给低温热源，因而它的效率可以达到100%。即利用从单一热源吸收热量，并把它全部用来做功，这就是第二类永动机（有人作过估计，使用这样的永动机来吸收海水中的热量而做功，则只要使海水的温度下降0.01度，就能使世界上所有的机器开动许多年）。 
第二类永动机不违反热力学第一定律，但它违反了热力学第二定律，因而也是不可能造成的。

2）热力学第二定律的克劳修斯说法： 
热量不可能自动地从低温物体传到高温物体而不引起外界的变化。 
说明：（1）热传递过程是不可逆的。（2）热量传递是有方向性。即热量只能自动地从高温物体传给低温物体，而不能自动地从低温物体传给高温物体。

三、卡诺定理 
1824年，卡诺由热力学第二定律证明：在温度为T1和温度为T2的热源之间工作的循环动作的机器，遵守以下两条定理，即卡诺定理。 
1．在同样高低温热源（高温热源的温度为T1，低温热源的温度为T2 ）之间工作的一切可逆机，不论用什么工作物质，其效率都等于 

2．在同样高低温热源之间工作的一切不可逆机的效率，不可能大于（实际上是小于）可逆热机的效率，即 

可见，当高温热源温度越高，低温热源温度越低，热机的效率越高。因此（1）提高热机效率可以从加大高、低温热源之间的温度差着手。目前许多大型的蒸汽机和内燃机都是朝着高温、高压方向发展，以达到提高热机效率的目的；（2）要尽可能地减少热机循环的不可逆性，也就是减少摩擦、耗散等因素。